UZAYSAL HAREKET EDEN ARAÇLARA KUMANDA ETMEK MAKSADIYLA BİR İNSAN-MAKİNE ARA YÜZÜ OLARAK 3-3 STEWART GOUGH PLATFORMUN ÇALIŞMA UZAYI MERKEZLİ TASARIMI

Selçuk CİN

Yüksek Lisans Tezi, 2007
Deniz Harp Okulu
Deniz Bilimleri ve Mühendisliği Enstitüsü
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman : Yrd. Doç Dr. Vasfi Emre ÖMÜRLÜ

Anahtar Kelimeler : Paralel Robot Mekanizması, Stewart Gough Mekanizması, Çalısma Uzayı, Mekanik Sınırlamalar.

Stewart-Gough mekanizması paralel robotların özel bir hali olup altı serbestlik derecesine sahiptir. Genelde bir sabit ve bir hareketli platform ile bu iki platformu birbirine bağlayan altı adet boyu değişebilen bacaktan oluşmaktadır. Tahrik ediciler vasıtasıyla bacakların boyu değiştiğinde hareketli platformun dönmesi ve konumu da değişmektedir. Paralel robot mekanizmalarının sahip oldukları yüksek yük/ağırlık oranı ve yüksek konumlanma doğrulukları ile endüstride birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu çalışmada, uzaysal hareket eden araçlara kuvvet/tork geri beslemeli kumanda etmek amacıyla bir ara yüz olarak kullanılacak olan Stewart Gough platformu mekanizmasının çalışma uzayı odaklı tasarım incelemesi yapılmıştır. Bu ara yüz, kumanda edilen araca kullanıcının hareketlerini iletecektir. Bahse konu ara yüz sayesinde kumanda edilen araca etkiyen dış kuvvet/torklar kullanıcıya yansıtılacaktır.

Çalısmada ilk olarak paralel mekanizmalar ve Stewart Gough platform mekanizmaları hakkında özet bilgi verilmiştir. İkinci olarak, özellikle ‘istenen’ çalışma uzayına ve çalışma uzayı sınırlamalarına yönelik çalışma uzayı merkezli tasarım değişkenleri tespit edilmiştir. ‘İstenen çalışma uzayı tamamen kumanda edilen aracın uzaysal konum-hız hareket imkanlarına göre şekillenmektedir. Üçüncü olarak muhtelif araç özelliklerine göre çalışma uzayları (küre, elipsoid, ‘yumurta’) incelenmiştir. Son olarak daha kolay hesaplama, inceleme ve benzetim yapmak maksadıyla MATLAB programı kullanılarak bir şekilsel kullanıcı ara yüzü oluşturulmuştur. Sonuç olarak, elde edilen çözümler değerlendirilmiş ve öneriler sunulmuştur.

WORKSPACE ORIENTED DESIGN OF 3-3 STEWART-GOUGH PLATFORM AS A MAN-MACHINE INTERFACE FOR MANIPULATING SPATIALLY MOVING VEHICLES

Selçuk CİN

M.S. Thesis, 2007
M.S. Program at Department of Mechanical Engineering
Institute of Naval Science and Engineering
Turkish Naval Academy

Adviser : Asst. Prof. Vasfi Emre ÖMÜRLÜ, Ph.D.

Key Words : Parallel Robot Mechanism, Stewart Gough Mechanism, Workspace Analysis, Mechanical Constraints.

Stewart Gough platform mechanism is a special kind of parallel robot manipulator and has six degrees of freedom. It generally consists of one fixed and one mobile platform and also has six extensible legs which connect upper and lower platforms to each other via actuators and joints. As legs’ lengths are changed via actutors, mobile frame’s orientation and position change. Because advantages of parallel robot mechanisms are the high load/weight ratio and the high positioning accuracy, they have been widely used in many areas in industry.

1 In this study, as an extension to an ungoing project in which a Stewart Gough platform mechanism is treated as a human-machine interface with force/torque feedback to manipulate spatially moving vehicles, the workspaceoriented design of this kind of mechanism is analysed. This interface will transmit the motions of the user to the vehicles to be controlled. Additionally, the external force/torques acting on the vehicle will be ‘reflected’ to the user via this haptic interface.

Firstly, a brief information about parallel mechanisms and Stewart Gough platform mechanisms is given. Secondly, the concept of workspace analysis is introduced in which the workspace-based design parameters, especially for ‘desired’ workspace, and constraints is presented. Desired workspace is directly related to the spatial position-velocity motion capabilities of the vehicle to be manipulated. Thirdly, for different types of vehicles, various types of possible workspaces is presented which are sphere, ellipsoid and ‘egg’. A comprehensive analysis is performed for spherical workspace. Finally, a Graphical User Interface (GUI) is developed in MATLAB for simulation, practical analysis and computation of workspace parameters. In conclusion, results are discussed and future work is presented.